CN1158013A - 非可逆电路元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非可逆电路元件，它包括：铁氧体部件，它包含中心电极部分，在其内部，若干用作感应元件的电极线以预先确定的角度相交但又没有电接触，所述铁氧体部件还包含匹配电容电极，所述中心电极部分和所述匹配电容电极形成于所述铁氧体部件的表面；将直流磁场施加在中心电极部分的相交部分的永磁铁；以及与所述铁氧体部件上下表面中的一个形成为一体的磁性部件，所述磁性部件由磁导率大于所述铁氧体部件的磁性材料组成。
Description
本发明涉及一种微波电子器件，特别涉及诸如单面波导管或回转器之类的非可逆电路元件。
用于微波波段的集总常数型单面波导管和回转器具有使信号仅仅沿所需的传输方向通过而阻止其沿相反的方向通过。例如，这种器件适合用于便携式电话系统之类的移动通信装置。
图15和16示出了这种回转器的实例。图16和15所示回转器50的构造如下。嵌入端子57的树脂块53放置在铁氧体部件52的下表面。三个中心电极51a、51b、51c和匹配电容电极(未画出)包含在铁氧体部件中。并且永磁铁54放置在铁氧体部件52的上表面。这些元件都安置在上下金属盒件55与56之间。
图13和14示出了另一种回转器。在回转器60中，铁氧体部件61包含一对突起61a，并且与中心电极51a-51c相连的端电极62形成于突起61a的底面。按照这种结构，前一实例的树脂块53和金属端子57是不需要的，从而降低了成本并提高了回转器的工作可靠性。
图12示出了上述回转器50和60的等价电路图。匹配电容C1-C3与作为感应元件的中心电极51a和51c的输入/输出端口P1-P3相连，而直流磁场H施加在铁氧体部件52或61上。
为了改善施加在铁氧体部件52或61上直流磁场的平行度，并使磁场在铁氧体部件内更为均匀地分布和减少磁场泄漏，通常将下铁制盒件56安排在铁氧体部件52或61的下表面而将上铁制盒件55与下盒件55连接起来以形成闭合磁场。盒件55和56比较好的是由铁之类的金属构成。
对于非可逆电路元件，特别是在用于上述类型移动通信装置中时，有着缩小尺寸、减轻重量并降低生产成本的需要。但是，上述非可逆电路元件在结构上要求利用上下盒件构成闭合磁路。为了使下盒件与金属端子57绝缘并将其固定以在树脂块53的下面打孔，必须在树脂块53上提供凹面。这增加了制造成本。
而且由于部件数量增加而使制造成本增加也应考虑进去。
并且按照普通的非可逆电路元件，树脂块53与下盒件56之间的空气层会产生反磁场，它影响了磁场分布的均匀性。
另外可以预见的是空气层的存在会引起磁场泄漏。磁场的泄漏对周围的电路元件也会有影响。
本发明的一个目标是提供一种非可逆电路元件，它可以在保持高平行度、高均匀度和低磁场泄漏的前提下缩小尺寸并降低制造成本。
为了实现上述目标，按照本发明的一个方面，提供了一种非可逆电路元件，它包括：铁氧体部件，所述铁氧体部件包含中心电极部分，在其内部，若干用作感应元件的电极线排放成以预先确定的角度相交但又没有电接触。磁性部件至少与铁氧体部件上下表面中的一个形成为一体，所述磁性部件由磁导率大于铁氧体部件的磁性材料组成并且是绝缘的。
铁氧体部件还包含与电极线的输入/输出端口相连的匹配电容电极以用作电容元件。中心电极部分和匹配电容电极形成于铁氧体部件的主表面上或者内部。永磁铁将直流磁场施加在铁氧体部件中心电极部分的相交部分上。
在上述非可逆电路部件中，按照本发明的第二方面，与电极线输入/输出端口相连的端电极形成于磁性部件至少一个表面上。
在上述非可逆电路部件中，按照本发明的第三方面，铁氧体、永磁铁和磁性部件都放置在由磁导率大于铁氧体部件的磁性材料组成的磁轭内部。
通过以下借助附图对本发明的描述可以进一步理解本发明的其他特征和优点。
图1为表示本发明实施例的回转器的分解透视图；
图2为图1所示回转器的透视图；
图3为图1所示回转器安装状态下的剖面图；
图4为表示本发明另一个实施例的回转器的示意图；
图5A和5B为表示本发明其他实施例的回转器的示意图；
图6A和6B为表示本发明进一步实施例的回转器的示意图；
图7A和7B为表示本发明更一步实施例的回转器的示意图；
图8为表示为确认本发明实施例优点所做实验结果的特性示意图；
图9为表示实验结果的特性示意图；
图10为表示实验结果的特性示意图；
图11为表示实验结果的特性示意图；
图12为普通回转器的等价电路示意图；
图13为普通回转器的分解透视图，用于解释本发明所实现的功能；
图14为图13所示回转器的透视图；
图15为另一个普通回转器的分解透视图；以及
图16为图15所示普通回转器的透视图。
以下借助附图描述本发明的较佳实施例。
参见图1-3，表示本发明实施例的集总常数型回转器1包括盒状铁盒2、放置在铁盒2内表面下面的盘状永磁铁3和放置在永磁铁3下表面下面的矩形棱柱状铁氧体4。永磁铁3的直流磁场施加在铁氧体部件4(例如钇铁石榴石“YIG”或钙钡石榴石“CaBaG”)上。
铁氧体部件4包含内部中心电极部分5。中心电极部分5具有如下的结构，其中用作感应元件的三条电极线5a-5c排放成各对之间互相呈120度的夹角而又没有电接触。在铁氧体部件4的内部包含有与电极线5a-5c的输入/输出端口P1-P3相连的匹配电容电极C。电极线5a-5c的输入/输出端口P1-P3和接地导体G1-G3延伸至铁氧体部件4的下表面上。
上述中心电极部分5为腔体结构，腔体形成于铁氧体部件4，而电极线5a-5c和电容电极C形成于腔体内。作为上述铁氧体部件结构的一种替换，也可以采用这样一种结构，其中电极线5a-5c通过在上述铁氧体部件的上表面或下表面刻制图案形成，或者采用另一种结构，其中上述铁氧体部件4由若干铁氧体片组成，电极线5a-5c形成于铁氧体片上，铁氧体片叠置以共同形成铁氧体部件。
棱柱状的磁性部件6与铁氧体部件4的下表面相连以同铁氧体部件4连为一体。在这种情况下，“连为一体”的意思是通过使原材料叠置在一起并进行煅烧而将这些部件连接起来。按照这种方法，在这些部件之间不会形成空气层间隙。磁性部件6和上盒件2形成闭合的磁路。磁性部件6由磁导率大于铁氧体部件4的磁性材料构成。并且铁氧体部件4由绝缘材料构成。例如可以采用Ni-Zn铁氧体或Mn-Zn铁氧体材料。具体而言，采用的是磁导率为几百左右的材料。这样的磁导率远大于YIG(磁导率为1.5-2)或CaBaG(1.5-2)的磁导率。端电极7形成于磁性部件6的相对侧面。输入端口P1-P3和接地导体G1-G3与端电极7相连。
接下来描述实施例的运行和优点。
在上述回转器1内，磁导率大于铁氧体部件4的磁性部件6与铁氧体部件4的下表面相连以同铁氧体部件4形成为一体。利用磁性部件6，可以改善永磁铁3产生的直流磁场的平行度和铁氧体部件4内部磁场的分布。而且利用磁性部件6和铁制盒件2可以形成一个防止磁场泄漏的闭合磁路。因此，在保持所需的不可逆特性的同时可以省略普通布局中所需的下盒件。这样可以减少元件的数量从而降低制造成本并减轻重量。
由于端电极7形成于磁性部件6的上面，所以可以省略普通布局中所需的树脂块，从而也降低了制造成本。磁性部件6的厚度可以设定为所需的数值，例如基本上等于普通布局中下盒件的厚度，从而减少了总体尺寸。
上述磁性部件6还可以用作回转器1的温度补偿器，从而防止了温度特性的变差。
本发明已经对磁性部件6与铁氧体部件4的下表面相连以同铁氧体部件4形成为一体的情形作了描述。但是本发明并不局限于这种布局。图4-7示出了本发明的其他实施例。在这些附图中，与图3中相同的元件用同样的标号表示。
图4示出了一个实施例，其中第一磁性部件6与铁氧体部件4的下表面形成为一体，第二磁性部件10与铁氧体部件4的上表面形成为一体。在该实施例中，由于磁性部件6和10与铁氧体部件4的两个表面形成为一体，所以直流磁场分布的平行度得到了进一步的改善。
图5A示出了一个实施例，其中磁性部件6与铁氧体部件4的下表面形成为一体，而永磁铁3与铁氧体部件4的上表面连为一体。图5B示出了一个实施例，其中磁性部件6和10分别与铁氧体部件4的上下表面形成为一体，而永磁铁3与磁性部件10的上表面连为一体。在这些实施例中，由于永磁铁3与铁氧体部件4连为一体，所以可以进一步减少元件的数量从而降低了制造成本并更加容易安装这些元件。
图6A示出了一个实施例，其中上磁轭11和下磁轭12由磁导率大于铁氧体的磁性材料构成，并且永磁铁3、铁氧体部件4和磁性部件6都安放在上下磁轭11和12形成的空间内。图6B示出了一个实施例，其中永磁铁3、铁氧体部件4以及磁性部件6和10都安放在上下磁轭11和12形成的空间内。在这些实施例中，由于利用上下磁轭11和12形成了闭合的磁路，所以可以省去上下铁制盒件以进一步降低制造成本。
图7A示出了一个实施例，其中尺寸小于铁氧体部件4的磁性部件13与铁氧体部件4的下表面形成为一体，而图7B示出了一个实施例，其中尺寸大于铁氧体部件4的磁性部件14与铁氧体部件4的下表面形成为一体。上述铁氧体部件、磁性部件和永磁铁的形状并无特殊的限制，并且这些部件可以做成任何形状，例如环形或者多边形。
本发明的实施例已经以三端口的形式作了描述。但是，本发明也可以用于单面波导管，其中终端电阻与一个端口连接。在这种应用中，本发明具有如下的优点。
图8-11示出了确认本发明上述实施例优点所做实验的结果。
在该实验中，测试了作为上述实施例的包含与上述铁氧体部件的下表面形成为一体的磁性部件(磁导率为100)的回转器；对于回转器的磁场分布和磁场曲线也进行了测量(参见图8和9)。通过分别测量离开原点的A’(0.1mm)、B’(0.5mm)、C’(0.9mm)处的磁场强度得到了磁场曲线，该原点对应厚度方向上铁氧体部件的下表面。铁制盒件的厚度和内径分别设定为0.2mm和3mm，而永磁铁和铁氧体部件的厚度设定为1.0mm。制作了具有下铁制盒件(磁导率约为10000)位于铁氧体部件下表面结构的普通回转器，并在同样条件下进行测量(见图10和11)。
由图表可见，就平行度和磁场分布而言，按照本发明实施例的回转器与普通回转器是等同的，并且它们的铁氧体磁场曲线也大致相似。因此当采用磁性部件代替普通的铁制盒件时铁氧体内的磁场强度和分布基本上没有变化，并且可以这么说，在形成按照本发明的回转器磁路时不会引起任何问题。
但是考虑到由于空气层引起的磁场泄漏和反磁场，比较好的是采用本发明的非可逆电路元件。
如上所述，对于在本发明第一方面中提供的非可逆电路元件，磁导率大于铁氧体的磁性部件与铁氧体部件上下表面中至少一个形成为一体，从而在保持高平行度、高均匀度和低磁场泄漏的前提下缩小电路元件的尺寸并降低其制造成本。
对于在本发明第二方面中提供的非可逆电路元件，与电极线输入/输出端口相连的端电极形成于磁性部件的表面，从而省略了常用的树脂块和普通的树脂块并减少了连接的数量。这样也降低了成本。
对于在本发明第三方面中提供的非可逆电路元件，铁氧体部件、永磁铁和磁性部件都放置在由磁导率大于铁氧体部件磁性材料构成并形成闭合磁路的磁轭内部。在这种情况下，可以省略上下铁制盒件并降低了制造成本。
虽然借助特殊实施例对本发明作了描述，但是对于本领域内普通技术人员来说，他们可以很容易地对本发明作出各种改动。因此本发明的精神和实质范围由后面所附权利要求限定。
Claims (3)
1.一种非可逆电路元件，其特征在于包括：
铁氧体部件，所述铁氧体部件包含中心电极部分，在所述中心电极内部，若干用作感应元件的电极线排放成以预先确定的角度相交但又没有电接触，所述铁氧体部件还包含与所述电极线的输入/输出端口相连的匹配电容电极以用作电容元件，所述中心电极部分和所述匹配电容电极形成于所述铁氧体部件的主表面上或者内部；
将直流磁场施加在所述铁氧体部件的所述中心电极部分的相交部分的永磁铁；
以及至少与所述铁氧体部件上下表面中的一个形成为一体的磁性部件，所述磁性部件由磁导率大于所述铁氧体部件的磁性材料组成并且是绝缘的。
2.一种如权利要求1所述的非可逆电路部件，其特征在于，与所述电极线输入/输出端口相连的端电极形成于所述磁性部件至少一个表面上。
3.一种如权利要求1或2所述的非可逆电路部件，其特征在于所述铁氧体、永磁铁和磁性部件都放置在由磁导率大于所述铁氧体部件的磁性材料组成的磁轭内部。
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